СИСТЕМА НА ВОЛНАХ ЭВОЛЮЦИИ

Идеальная техническая система - это система, которой нет, а функция ее выполняется.
Прием перевода реальной ТС в идеальную, как мы уже говорили, имеет вполне материальное основание. Это главная тенденция развития техники, она имеет многократное подтверждение в истории техники и справедлива для всех современных ТС. Только путь превращения ТС в идеальную (исчезновение системы) намного сложнее, извилистее и труднее, чем "волшебный" прием в курсе РТВ. Используя прием в воображаемом изменении объекта, мы "перескакиваем" множество промежуточных ступеней преобразования и получаем вполне нормальную "дикую" идею. Чтобы получить ее, нужно смелое мышление, а чтобы свыкнутся с ней, требуется некоторое время.
Для того, чтобы увидеть цепочку таких преобразований, полезно применить простой прием: разместить все события (изменения в ТС) на сжатой (короткой) оси времени и посмотреть, что происходит с ТС, какова самая общая закономерность ее развития. Такое исследование было проведено в самых разнообразных, совершенно не похожих друг на друга системах - из теплотехники, транспорта, связи, вооружения и др.
Рассмотрим основные теоретические положения и проиллюстрируем их примерами.
В наиболее общем виде процесс развития можно представить как ряд последовательных событий (изобретений) на оси времени от момента возникновения ТС до сегодняшнего дня и далее в будущее:

Поскольку всякое изобретение является полезным, т.е. увеличивающим главную полезную функцию (ГПФ) системы (в противном случае изобретение никому не нужно и его нельзя считать изобретением), то целесообразно совместить ось времени со шкалой роста ГПФ системы:

Таким образом, вся история развития ТС - это непрерывная цепь изобретений и усовершенствований с единственной неизменной целью: увеличение ГПФ. Но одна координатная ось мало что дает, можно заметить лишь неравномерность развития: точки (изобретения) расположены то чаще, то реже. Введем вторую ось- сложность ТС. Сложность очень общий показатель, он отражает всю иерархическую организацию системы: ТС (например, автомобиль) всегда возникает "в одиночестве" и состоит из нескольких простых элементов (закон полноты частей системы), с течением времени она усложняется, "обрастает" множеством подсистем, которые, в свою очередь, делятся на еще более мелкие подсистемы и т.д. - до вещества. Одновременно идет количественный рост однотипных ТС (много автомобилей), появляются системы для их обслуживания (автодороги, гаражи, ремонтные службы и т.п.) - все это объединяется в надсистему (автотранспорт), у которой возникает множество дополнительных систем по управлению (светофоры, ГАИ), производству (автозаводы, нефтеперегонные заводы), сервису, обучению, продаже, уничтожению отработавших ТС и т.д. Все эти изменения, происходящие с ТС, имеют, повторим, одну цель - увеличение ГПФ, например, для автомобиля это будет увеличение скорости, комфорта и безопасности перемещения человека (грузов) в пространстве. Итак, вторая ось - сложность ТС:

Переход технических "организмов" от вида А к виду Б подчиняется закономерностям, и ни один изобретатель не может существенно изменить ход развития: перейти, например, от А к Х или повернуть развитие вспять - от Б к А. Развитие системы А идет мелкими "шагами", изменения постепенно накапливаются, и система, в уже сильно измененном виде, превращается в систему Б.
В самом общем виде закономерность развития ТС выглядит так. Начиная с момента своего возникновения, система увеличивает свою ГПФ за счет увеличения сложности, она "обрастает" массой вспомогательных подсистем - это период развертывания ТС. Затем развитие ТС наталкивается на объективные ограничения роста сложности (физические, экономические, экологические) и начинается период свертывания ТС - внешне это выглядит как упрощение ТС; на самом деле, полезные функции, найденные на предыдущем этапе развития и воплощенные в дополнительных подсистемах, начинают выполняться "умным" веществом (идеальным веществом). Идеальное вещество (ИВ) может поглотить в себя одну или несколько частей ТС - мы уже рассматривали такие примеры.
Самое интересное - разобраться: как делается шаг от одного изобретения к другому? Каков механизм продвижения ТС от точки к точке? Ответив на эти вопросы, мы узнаем сущность процесса развития.
Анализ истории развития многих ТС показывает, что все они развиваются через ряд последовательных моментов:

1. Возникновение потребности.
2. Формулирование главной полезной функции - социального заказа на новую ТС.
3. Синтез новой ТС.
4. Увеличение ГПФ - попытка "выжать" из системы больше, чем она может дать.
5. При увеличении ГПФ ухудшается какая-то часть (или свойство) ТС - возникает техническое противоречие, т.е. появляется возможность сформулировать изобретательскую задачу.
6. Решение изобретательской задачи с привлечением знаний из области науки и техники (и даже шире - из культуры вообще).
7. Изменение в ТС в соответствии и изобретением.
8. Увеличение ГПФ (см. шаг 4).и т.д.

Возникновение потребности. Все, что делается в мире техники, делается ради удовлетворения потребности человека и общества. Если в ТС нет нужды, то она никогда не возникает, а если потребность появляется, то с течением времени она становится все более острой и ничто не остановит человека в ее создании.
Расскажем коротко об истории создания летательных аппаратов¹

Идея полета (или мечта в чистом виде) возникла у человека в незапамятные времена. Впервые предсказал возможность постройки винтокрылых летательных аппаратов Л.да Винчи (1475): "Я говорю, что когда этот прибор сделанный винтом, сделан хорошо... и быстро приводится во вращение... винт ввинчивается в воздух и поднимается вверх". Это была идея вертолета. Но Л.да Винчи не знал о реактивном моменте от вращения винта и не подозревал, что при таком устройстве, даже если бы хватило мощности людей, полет был бы не возможен, так как вращалась бы в основном гондола, а не винт, имеющий большое сопротивление воздуха. М.В.Ломоносов в 1754 г. нашел способ разрешить это противоречие, создав модель "аэродинамической машины" - два горизонтально расположенных винта, вращаемых в разные стороны. Модель поднималась в воздух, пружинный двигатель создавал тягу в 10 г. В 1768 г. англичанин Пенктон выпустил книгу "Теория винта Архимеда", в которой он описал винтокрылый аппарат (птерофор): один винт для подъема, другой - для поступательного движения. В 1782 г. Парижская Академия наук дала заключение о невозможности полета аппаратов тяжелее воздуха. В 1784 г. французы Лонуа и Бьенвеню создали модель геликоптера и показали ее полеты академикам. Лопасти винтов были из птичьих перьев, два винта вращались соосно - один под другим (идея М.В.Ломоносова, о которой они, возможно, не знали). В 1783 г. братья Монгольфье подняли в воздух первый воздушный шар, который унес первых воздушных путешественников (петуха, утку, барана); воздушные шары надолго привлекли внимание общественности. В 1842 г. англичанин Филлипс построил модель парового реактивного геликоптера (винт - сегнетово колесо); аппарат продержался в воздухе несколько минут. В 1871 г. француз А.Пено построил ряд легких остроумных моделей летательных аппаратов. Одна из них попала в руки двух американских мальчиков - братьев Орвилла и Вильбура Райтов. В 1870 г. А.Н.Лодыгин разработал "Электролет" и предложил проект Французскому комитету обороны - он хотел помочь французам в войне с пруссаками; проект геликоптера был впечатляющ - вес 8 т., мощность электродвигателя - 300 л.с.! Дальнейшее хорошо известно: А.Ф.Можайский, братья Райт и т.д.
Как видим, первыми создают потребность отдельные творческие личности и лишь постепенно потребность в новой ТС становится социальной потребностью. Противоречие между существующим уровнем техники и потребностями общества разрешается при изобретении первой минимальной работоспособной ТС. Но с возникновением ТС появляются и претензии к ней. Они заставляют развиваться систему дальше.
6 октября 1910 г. на беговом ипподроме в Петербурге проводился Всероссийский праздник воздухоплавания. Всеобщее внимание привлекли сложные фигуры пилотажа трех русских асов авиации: М.Ефимова, Л.Мациевича, С.Уточкина. И вдруг на глазах у всех произошло несчастье: из кабины самолета выпал и разбился насмерть Лев Мациевич. Гибель Л.Мациевича потрясла всех зрителей, но для одного из присутствующих этот момент стал поворотным в жизни. Вся жизнь актера Глеба Котельникова с этого дня была посвящена изобретению и совершенствованию парашюта - аппарата для спасения жизни авиаторов.
Потребности общества постоянно увеличиваются (закон возвышения потребностей), к системе предъявляются повышенные требования. Попытка увеличения ГПФ системы наталкивается на очередное противоречие, и разрешение этого противоречия приводит к очередному шагу в развитии ТС. Так из одного единственного самолета братьев Райт возникла сложная иерархическая система - современная авиация.
Истинные потребности общества следует отличать от надуманных, искусственных и просто глупых. По мнению американского социолога У.Тофлера, около 80% всех произведенных с начала века в США товаров не отвечали истинным потребностям или вообще не были нужны обществу.
За любой современной ТС стоят десятки, сотни, тысячи последовательных (постепенно развивающих) изобретений: за столетнюю историю автомобиля по этой ТС было сделано более 1 млн. изобретений, по велосипеду - более 100 тыс., даже по такой "системе", как карандаш, - более 20 тыс.

Увеличение ГПФ. Все изобретения увеличивают ГПФ системы. Человеку нужна именно полезная функция, а не сама система. Необходимость иметь ТС - это "плата" за ее полезную функцию. Например, автомобиль предназначен для перевозки пассажиров и грузов. При этом мы вынуждены - именно, вынуждены! - "возить" и сам автомобиль. Автомобиль будет тем идеальнее, чем меньше окажутся его собственный вес, габариты и энергоемкость. Идеальный автомобиль должен состоять из одной только пассажирской кабины, или одного кресла, или вообще из "ничего". Эта тенденция развития вполне реальна. Вот данные за первые сорок лет автогонок: 1895 г. - вес автомобиля на единицу мощности (1 л.с.) составлял 1000 кг; 1896 г. - 166 кг/л.с; 1897 г. - 100 кг/л.с; 1899 г. - 65 кг/л.с; 1900 г. - 40 кг/л.с; 1908 г. - 10 кг/л.с; 30 - е годы - 4-5 кг/л.с. (Новости резиновой промышленности. - 1938. - Т. 13. - N 8-9-С.109). Сейчас эта закономерность почти незаметна, так как любой выигрыш в весе тут же используется на увеличение мощности двигателя и комфортности. Но рост ГПФ все равно хорошо заметен: вчерашние гоночные машины стали серийными.
ГПФ увеличивается не только "внутри" автотранспорта, но и в более общей надсистеме - в транспорте. Например, скорость транспорта: гужевой - 30 - 60 км/ч; железнодорожный - 10 - 120 км/ч; автомобильный - 20 - 200 км/ч; поршневая авиация - 50 -800 км/ч; реактивная авиация - 800 - 8000 км/ч; химические ракеты - 3000 - 70000 км/ч; ядерные ракеты (проект) - 8 тыс. км/ч - 1 млн. км/ч.
ГПФ увеличивается также и на всех нижних этажах иерархии. Например, степень преобразования энергии (к.п.д.) в двигателях: первые паровые машины Сэвери-Ньюкомена имели к.п.д. 1-2%, машины Уатта - 2-4%, усовершенствованные паровые машины - 5-15%, паровые машины с тройным расширением пара - 13-19%, первые паровые турбины - 17-30%, усовершенстваваные паровые турбины 25-40%, двигатели внутреннего сгорания - 30-50%, топливные элементы (превращение химической энергии в электрическую) -45-60%.
Факторы, мешающие увеличению главной полезной функции системы, являются причиной возникновения административного противоречия (АП) - противоречия между потребностью и возможностью. Формулируется исходная ситуация, выделяется изобретательская задача. Решение изобретательской задачи (разрешение ТП) продвигает ТС вперед, компромисс оставляет систему на месте. С помощью изобретателя система "уходит" от претензий. Куда и как? ТС приспосабливается (адаптируется) к изменяющимся условиям. Процесс этот похож на биологическую адаптацию: мутагенез спасает биологический вид от вымирания в изменившихся условиях среды обитания; выживают особи, которые в результате мутации приобрели необходимые свойства. Простой пример: мы хотели выиграть бой с микробами с помощью нового оружия - антибиотиков, но природа ответила на претензию появлением микроорганизмов, устойчивых к лекарствам; антибиотики послужили фактором отбора, выжили те формы бактерий, которые вооружены защитными ферментами. Массовое изобретательство по методу проб и ошибок - это "технический мутагенез" выживают, т.е. превращаются из "бумажных" патентов в реальные системы, только те ТС, которые в наилучшей степени приспособлены к "среде обитания" (техносфере), к ее экономическим, производственным и экологическим требованиям. Естественно, если изобретать в соответствии с законами развития ТС, потребуются не тысячи, а десятки и единицы изобретений.
Противоречия, возникающие при попытках увеличения ГПФ, являются главной движущей силой развития техники. Это хорошо видно в военной технике: вся ее история - это история конкурирующего развития двух систем - обороны и нападения.
Рассмотрим коротко историю "дуэли" боевых кораблей и артиллерии ¹
В середине ХIХ в. произошел переход от деревянных кораблей к паровому флоту. Мощные паровые машины позволили усилить бронирование. В то же время шло совершенствование корабельной артиллерии, появились мины и торпеды. В 1859-1860 гг. были построены первые корабли нового типа - броненосцы, с толщиной железных броневых плит 100-125 мм. Это вызвало повышение калибра и мощности артиллерии, что, в свою очередь, привело к строительству кораблей с еще более толстой броней. Эта взаимная гонка калибров гладкоствольных орудий и толщины брони продолжалась примерно 20 лет. В 1876 г. итальянский броненосец "Дуильо" имел броню 540 мм! В 1881 г. английский "Инфлексибл" - 600 мм! Калибр орудий достиг максимальной величины - 452 мм. Дальнейший рост калибра и толщины брони стал невозможен - резко упала скорость и маневренность кораблей. Количественный рост параметров (для увеличения ГПФ) в обеих системах натолкнулся на объективные ограничения. Требовались качественные изменения артиллерии и брони. В 80-х годах появилась сталежелезная броня-компаунд, позволившая резко уменьшить толщину бронирования. На кораблях начали ставить нарезную артиллерию, калибр снизился до 280-305 мм. В 1891 г. появились броневые плиты, легированные никелем, в 1894 г. - специальная хромоникеле-молибденовая сталь. Это вновь потребовало увеличения бронепробиваемости артиллерии. Но простое увеличение калибра уже ничего не давало - снаряды просто раскалывались при ударе о такую броню. Изобретение адмирала С.О.Макарова решило эту проблему: он предложил надевать на снаряды наконечники из вязкой стали, чтобы снаряды не раскалывались о броню. Изобретение оказалось столь эффективным, что в 1900 г. все государства приняли на вооружение снаряды с макаровскими наконечниками. В начале ХХ в. эскадронные броненосцы имели толщину брони 150-200 мм, а их корпус был разделен переборками для увеличения непотопляемости. Но появились подводные лодки, новые торпеды и т.д.
Претензии, предъявляемые человеком к системе, и противоречия, возникающие при попытке увеличения ГПФ, всегда вызывают появление новых свойств и функций в ТС. В первый период развития - развертывание ТС - новые полезные функции выполняются новыми подсистемами. Например, попытка увеличения скорости токарной обработки (увеличение ГПФ) вызвало нежелательный перегрев резца; для устранения перегрева в токарный резец ввели подсистему охлаждения: сначала простую, например, тепловую трубу для отвода тепла от режущей пластины (а.с. 1 175 611), затем к тепловой трубе добавили холодный спай полупроводниковых материалов (а.с. 1 175 612).

Процесс развертывания системы хорошо заметен в развитии простых ТС и инструментов. Например, в Англии выпускается отвертка с вакуумными присосками (захват и удержание винта), встроенным электромоторчиком (50-1200 об/мин), сменными лезвиями (для винтов диаметром 0,4-7 мм) и электронным управлением. В а.с. 1 214 495 описана электронная авторучка: вмонтированные в нее датчик силы и электронный блок регулируют порцию чернил, подаваемую в капиллярный канал наконечника.
До каких пределов идет развертывание ТС? Иногда этот процесс заходит слишком далеко - появляются гигантские сложные технические системы ("динозавры" и "монстры" техники). Пример: колесный трактор - 65 т, гусеничный трактор - 9000 т, кран грузоподъемностью 1360 т, шагающий экскаватор - 1300 т. (Изобретатель и рационализатор. - 1985. - N 1. - С. 31); котлоагрегат для Березовской ГРЭС высотой 117 и весом 26 тыс.т (Знание-сила. - 1986. - N12. - С. 1-2). Во время войны немцы выпустили на поле боя партию танков ("сухопутных линкоров"), вес каждой машины был 68 т! В первом же бою все они были подбиты нашими "тридцать-четверками", в головной машине врага сгорел сын конструктора этих "монстров" Ф.Порше...
Парадокс гигантизма техники заключается в том, что конструкторы пытаются решить задачу увеличения ГПФ "в лоб", путем увеличения мощности, расхода ресурсов и энергии, а не путем введения новых принципов и изобретательских решений, поэтому такие ТС быстро наталкиваются на объективные ограничения. Неизобретательские решения приводят к тому, что, например, в экономике назвали "законом Гроша": намерен купить ЭВМ вдвое большей производительности - готовься платить за нее в четыре раза больше.
В природе, в отличие от техники, существуют жесткие ограничения. Установлено, например, что ни одно животное за всю историю Земли не могло весить более 100 т; если бы оно было весом, допустим, 140 т, то должно было бы состоять почти из одних костей и, конечно, двигаться бы не смогло. (Природа. -1987. - N 2. - С. 117).
Итак, техническая система тем лучше, чем она идеальнее. За счет чего же идет процесс идеализации? В принципе возможны три пути идеализации ТС после периода развертывания:

Путь 1 - это увеличение ГПФ системы за счет передачи части функций в НС, путь 2 - за счет дальнейшего развития подсистем,
путь 3 - за счет выполнения части функций ТС какой-либо ее подсистемой и далее - веществом. Все три пути ведут к одному и тому же - к новой системе Б, выполняющей ту же ГПФ, но имеющей очень малые М,Г,Э. Самый короткий путь 3 - свертывание ТС в идеальное вещество. Второй путь достаточно ясен - структура ТС почти не меняется, идет совершенствование всех подсистем: то одна, то другая ПС увеличивает свою полезную функцию, и эти добавки складываются в увеличение общей ГПФ системы.

Свертывание ТС в идеальное вещество начинается с совмещения функций: одна из подсистем начинает выполнять функцию соседней, которая исчезает за ненадобностью; одно из веществ принимает на себя выполнение функций другого вещества, и это второе вещество исключается из ТС.

Примеры совмещения функций на уровне подсистем.

Фары автомобиля установлены так, чтобы освещать путь впереди машины. Из соображений безопасности неплохо было бы иметь еще одну фару, которая светила бы несколько вверх и вбок, освещая дорожные знаки, стоящие на обочине. В патенте Великобритании 1 486 587 предложено совместить обе функции в одной фаре. Для этого на внутренней стороне стекла фары делается выступ в виде призмы. Призма рассчитана так, что при переключении на ближний свет часть пучка света от фары отклоняется вбок и вверх, освещая дорожные знаки на расстоянии 25 м от автомобиля.
В США выпускаются перчатки со вшитыми в запястья пластинчатыми гибкими батарейками и миниатюрными лампочками, от которых идут световодные оптические волокна до кончиков пальцев (перчатки выполняют функцию фонарика), - они удобны для водителей (можно прочитать ночью карту) и хирургов (хорошо освещается операционное поле). По а.с.! 225 525 хирургическая перчатка выполняет функцию измерительного прибора для измерения размеров внутренних органов в кончик одного из пальцев вшит плоский магнит, в кончик другого - гальваномагнитный преобразователь, а на запястье установлен индикатор.
В Токио для создания разветвленной городской связи оптиковолоконные кабели прокладывают внутри действующих водопроводных труб, а в Лондоне точно так же прокладывают телевизионные кабели в полимерной изоляции. Это техническое решение (а также примеры с перчатками), пока лишь частичное совмещение подсистем. Полное совмещение наступит, когда одна из подсистем будет выполнять функцию другой (включите воображение: например, телевизионный кабель, по которому течет вода...).
Примеры на совмещение функций двух веществ в одном.

И водители и пешеходы знают, что в солнечный день бывает нелегко разглядеть сигнал светофора. Отражаясь от цветных стекол, солнечный свет создает ложный сигнал. Поэтому появились патенты на светофоры с черными шторками: как только фонарь (например, красный) выключается, его стекло закрывается автоматической шторкой, а шторка другого фонаря (например, желтого) открывается. По патенту Великобритании 1 454 386 стекло фонаря покрыто пленкой жидких кристаллов с электродами по бокам; когда лампа не горит, жидкие кристаллы не пропускают свет и выглядят как матовая черная поверхность, при включении лампы электрическое поле, создаваемое протекаемым током, переориентирует молекулы кристаллов и шторка становится прозрачной.
В электродвигателях и электрогенераторах требуется подавать на ротор или отводить от него электрический ток. Для этого служат токосъемные устройства: на валу ротора установлен коллектор (медные контакты по окружности вала), по которым скользят концы угольных щеток - графитовых стержней, закрепленных на корпусе двигателя (генератора). К противоположным концам щеток прикреплены медные провода. Место соединения меди с графитом - самое "больное" место устройства. Дело в том, что эти материалы невозможно соединить обычными способами (сваркой, пайкой), поэтому их соединяют спеканием: кончик провода вставляют в форму с порошком угля (сажей) и спекают уголь (сажу) при температуре 500-6000С. Но при этой температуре на меди образуется окисный диэлектрический слой ТП: высокая температура нужна для спекания угля, но она не допустимо портит медный провод. Появились десятки изобретений, в которых пытались найти компромиссные решения: спекание в вакууме или в среде инертного газа (дорого), замена графита бронзовой плоской пружиной (например, а.с. 915 145) - но графит не требовал смазки, а здесь ввели систему подачи смазочной жидкости к пружине).
Что происходит в системе? Есть два вещества, выполняющие две функции: графит служит хорошим контактом, не требующим смазки, а медный провод - хорошим гибким проводником тока. Провод не может быть контактом, а графит - гибким проводником. Противоречие было разрешено в патенте Франции 1 557 274: проводник выполнен из витого пучка углеродных волокон, конец которого спечен и выполняет функцию щетки - в одном веществе совмещены две функции. Но на этом развитие не остановилось (щетка постепенно стирается, и требуется регулировать контакт), поэтому появились изобретения на самовосстанавливающиеся щетки: ферропорошок и магнитное поле, затем щетку заменили каплей магнитной жидкости (а.с. 1 023 471, 1 026 209). Есть даже идея неизнашивающихся щеток в виде струек ионизированного газа, разряда в вакууме и т.д.
Подобный путь развития (идеализация вещества) характерен для всех веществ в технических системах, но для того, чтобы заметить его, а главное - продолжить в будущее, изобретателю требуется смелость мышления, отсутствие психологической инерции. На одном из занятий специалист-гидротехник, решая задачу о защите водопропускных каналов ГЭС от кавитационной эрозии (при больших скоростях в потоке возникает кавитация, и "злые" пузырьки, схлопываясь на поверхности бетона, отрывают от него частицы), пришел к выводу, что бетон поверхности канала должен стать "небетоном". Это показал анализ изобретений: сначала в бетон вводили различные минеральные добавки, затем полимеры, затем отказались от цемента и т.д.; анализ показывал, что "бетон" должен быть мягким, волокнистым...
"Нет, - сказал специалист,- это неправильно! Наша лаборатория двенадцать лет повышает прочность бетона. Уже достигнуто увеличение срока службы бетона на несколько процентов. И мы будем продолжать борьбу за прочность..."
В электронагревательных устройствах обычно есть спираль и элемент, который нужно нагреть. В а.с. 1 273 221 предложено нагревать непосредственно жало паяльника, которое выполнено из материала с высоким омическим сопротивлением. В польском патенте 106 109 предложен утюг, в котором нагревательный элемент выполнен в виде тонкого полупроводникового слоя окисей металлов, нанесенных на внутреннюю поверхность стеклянной подошвы утюга.
При производстве разнообразных по цвету ацетатных тканей требуется соответствующее количество цветных ацетатных нитей. Нити получают путем скручивания пучка тончайших волокон, которые образуются при продавливании прядильного раствора через фильеры. Для упрощения производства предложено окрашивать не нити или ткани, а прядильный раствор - добавлять краску прямо в ванну с раствором перед подачей его на фильеры. Но тогда, из-за необходимости частой смены цвета и замены прядильного раствора, нужно каждый раз промывать фильеры - падает производительность, выливаются неизрасходованные растворы. Найдено остроумное решение (Химические волокна. - 1984. - N1. - С.53-54): используется всего три цвета раствора - красный, синий и желтый, а также бесцветный раствор; из комбинации волокон этих цветов получаются "бесплатные" зеленые, оранжевые и фиолетовые нити, а с добавлением бесцветных волокон - бесчисленное разнообразие всех оттенков цветовой гаммы. Волокна в нити настолько тонки, что глаз человека воспринимает их "пестроту" как один цвет. (Внимание! Это еще не решение задачи о швейной фабрике, по которой мы ведем анализ).
Идеализация вещества не останавливается на "захвате" функции соседнего вещества и исключения его из системы. Самое интересное начинается потом: развиваясь, вещество начинает выполнять функцию одной из подсистем, затем нескольких подсистем и, наконец, всей технической системы ("поглощение" системы идеальным веществом или, что то же самое, свертывание ТС в идеальное вещество).

Примеры на свертывание подсистем в идеальное вещество.

Посадочные огни на полосах аэродромов должны быть абсолютно надежными: не перегорать, не отказывать ни в дождь, ни в холод. Причем не только сами огни, но и провода, к ним идущие, и генераторы, их питающие. Идеальный огонь - "светлячок" изобретен в США: стеклянная труба покрыта изнутри люминофором - сульфидом цинка, а в центр ее вставляется ампула с радиоактивным изотопом водорода - тритием (период полураспада чуть больше двенадцати лет). Два идеальных вещества (люминофор и тритий) "поглотили" в себя все подсистемы. Огни видны с расстояния в три километра, не требуют никакого ухода и служат десять лет (уровень радиоактивности от трития не представляет опасности для человека).
Чтобы обнаружить разрыв в печатной плате с радиодеталями, нужно провести измерение в десятках точек - к каждой из них прикоснуться щупом измерительного прибора. Тот же дефект предложено обнаруживать мгновенно - стоит приложить к плате жидкокристаллическую пленку, чутко реагирующую на малейшее изменение температуры (в месте дефекта температура отличается от температуры других участков).
Устанавливаемые в радиаторах охлаждения двигателей автомобилей вентиляторы должны работать тем производительнее, чем выше температура окружающего воздуха. Обычно для этого используют автоматику, увеличивающую скорость вращения вентилятора при повышении температуры воздуха или охлаждающей жидкости. В Англии разработали вентилятор, у которого при изменении температуры лопасти сами меняют угол установки, а значит, и подачи воздуха. Угол установки лопастей меняется с помощью трех колец из пластмассы с высоким коэффициентом линейного расширения - кольца удлиняются или укорачиваются в зависимости от температуры и поворачивают лопасти. Максимальный угол поворота 30⁰., т.е. расход воздуха изменяется значительно.
А вот саморегулирующаяся теплица (а.с. 1 279 562): теплица, включающая каркас, светопрозрачное покрытие и расположенные в боковых стенках и кровле каркаса регулируемые вентиляционные окна с заслонками, отличающаяся тем, что с целью повышения точности регулирования температуры заслонки выполнены в виде герметично закрытых рукавов, полость которых заполнена легкоиспаряющейся жидкостью, при этом каждый рукав вдоль своей образующей с одной стороны закреплен на каркасе, а с противоположной стороны снабжен грузом. Повысилась температура - жидкость в рукаве-заслонке испаряется, давление внутри повышается и заслонка поднимается - открывает окно.
Очень наглядно процесс идеализации вещества идет в радиоэлектронике: сверхбольшие интегральные микросхемы включают десятки тысяч элементов. Разработаны способы программирования свойств кристаллов таким образом, чтобы в одном кристалле создавать микрозоны, выполняющие роль диодов, триодов, конденсаторов и сопротивлений. В одном кристалле размещается сложнейшая электронная схема. Причем эти схемы не будут собирать из отдельных элементов, а целиком выращивать блоки ЭВМ, телевизоров и т.д.
Хорошо заметны революционные изменения в технологии обработки металлов. Традиционная технология - токарные, фрезерные и прочие металлорежущие станки - "разрезала" металл на две неравные части: из малой части получались детали, большая часть превращалась в стружку, т.е. в отходы. Из одной тонны руды получалось 20-30 кг деталей (Юный техник. - 1980. - N 5. -С.26-30). Мы уже сравнивали эту технологию с безотходной гидроэкструзионной. Но выдавить можно не каждую деталь, особенно сложной формы. Поэтому металлорежущие станки развивались дальше, насыщались электроникой, автоматизированными блоками управления, росла их мощность. Вершина развития - обрабатывающие центры, в которых объединены десятки и сотни инструментов. Производительность возросла на 30-40%, но количество стружки не уменьшилось. Идеальная технология ближайшего будущего - сборка деталей по атомам. В основе этой технологии лежат так называемые химические транспортные реакции: металлы, взаимодействуя с газом, образуют газообразные продукты, которые после переноса в любое другое место разрушаются при повышенной температуре с выделением исходного вещества. Например, для изготовления стальной детали железную руду обрабатывают хлористым водородом, извлекают из нее атомарное железо и направляют газообразный продукт в камеру с затравкой, допустим, отрезком трубы. Атомы металла оседают на затравке, в точности повторяя ее форму и структуру. В результате из камеры непрерывно ползет новенькая труба с идеально гладкой поверхностью.
Выращивание схем, сборка деталей по атомам, введение в технические системы самоорганизующихся процессов - все это и есть увеличение степени идеальности технических систем. Вся техника развивается в этом направлении. Между тем нередко идеалом считают машину "покрасивее" и "помощнее". Это серьезная ошибка. Она создает психологический барьер.

Понятие об идеальной ТС - фундаментальное понятие теории изобретательства. Многие трудные задачи потому и трудны, что в них содержатся требования, противоречащие главной тенденции развития техники. Почти все темники по изобретательству пестрят словами: "Создать устройство, которое..." Но зачастую никакого устройства как раз и не надо создавать: вся соль задачи в том, чтобы обеспечить требуемый результат "без ничего" или "почти без ничего".
На идеализацию технических систем "работают" все законы развития техники. Часть законов мы уже разобрали, с другими еще предстоит познакомиться.

ПРОТИВОРЕЧИЯ СФОРМИРОВАЛИ ОБРАЗ МИККИ-МАУСА Американский биолог С.Д.Гоулд проследил эволюцию облика знаменитого героя мультфильмов Уолта Диснея - мышонка Микки-Мауса. Сравнивая фильмы разных лет, он заметил, что с течением времени Микки-Маус приобретал все больше черт, свойственных детенышам животных и человеческим детям. Его череп увеличивался по отношению к размеру тела (художники не только рисовали голову все крупнее, но и отодвигали уши назад, что создает впечатление выпуклого лба), мордочка уплощалась, глаза увеличивались и округлялись, лапы становились более пухлыми. Именно эти черты свойственны всем детенышам, вызывают у нас инстинктивный прилив нежности, желание погладить, накормить, защитить. Микки-Маус подвергался эволюции именно по этим законам. В первых фильмах серии он был не слишком положительным героем, позволял себе грубые и жестокие шутки, иногда прямо-таки хулиганил. Но письма зрителей (претензии!), недовольных таким поведением главного героя фильмов, заставила Диснея постепенно превратить мышонка в чисто положительного героя, доброжелательного к окружающим, временами беспомощного и, безусловно, симпатичного. Художник не был знаком с основами биологии, он просто старался увеличить привлекательность персонажа.

Дата добавления: 2015-09-27 | Просмотры: 683 | Нарушение авторских прав